Órbita, la «casa» giratoria soviética para cosmonautas

Por Daniel Marín, el 14 mayo, 2019. Categoría(s): Astronáutica • Historias de la Cosmonáutica ✎ 58

A principios de la era espacial uno de las mayores incógnitas a las que se enfrentaban las potencias espaciales era el efecto de la microgravedad sobre el cuerpo humano. Las misiones Mercury y Vostok demostraron que se podían soportar periodos de pocos días en ingravidez. Pero, ¿serían capaces de aguantar semanas? ¿O meses? ¿Dónde estaba el límite? Desde antes del Sputnik los investigadores y autores de ciencia ficción habían propuesto una solución al problema de la ingravidez en los vuelos espaciales: construir naves y estaciones orbitales con «gravedad artificial». O mejor dicho, vehículos giratorios en los que la fuerza centrífuga mantuviese a los tripulantes y sus pertenencias pegados al «suelo». Sin embargo, había un problema. Un vehículo que gire sobre su eje genera otros efectos además de la fuerza centrífuga, siendo el más notable de ellos la fuerza de Coriolis —fuerza ficticia, sí, pero no por ello menos perceptible—. Cuanto más pequeño fuese el radio de giro y más rápido rotase una estación espacial, mayores serán los efectos debido a la componente de Coriolis. ¿Podría el ser humano y su oído interno soportar largas temporadas sometidos a este efecto? ¿No sería peor el remedio que la enfermedad?

La centrífuga Órbita. Se aprecia la cabina en el extremo derecho (IMBP).

A principios de los años 60 la oficina de diseño OKB-1 de Serguéi Koroliov encargó el diseño de una casa giratoria experimental para investigar los efectos de un hábitat rotatorio en los vuelos a Marte. El concepto era sencillo. Se construiría una centrífuga, como las usadas para poner a prueba la resistencia de los cosmonautas, pero de gran tamaño, el suficiente para que los voluntarios pudiesen vivir bastante tiempo en su interior. El proyecto Órbita (Orbíta/Орбита), como fue bautizado, estuvo a cargo del instituto de investigación de pilotaje LII y el instituto de medicina aeroespacial IMBP. En un principio se denominó Mars, «Marte», pero luego se decidió cambiarle el nombre para evitar que los servicios de inteligencia extranjeros pudieran llegar a la conclusión de que la URSS estaba planeando un viaje al planeta rojo. Órbita era una centrífuga doble de veinte metros de longitud. En un extremo se situaba una cabina redonda donde los «rotonautas» —normalmente dos personas— podían vivir en su interior, dotada de cama, escritorio, baño, ducha y cocina.

Estación espacial giratoria propuesta por Wernher von Braun en los años 50 (IMBP).
Partes de Órbita. Se aprecia la capacidad de inclinación de la cabina (Leonid Kitaev-Smik).

La particularidad de esta pequeña vivienda es que podía cambiar su inclinación para adaptarse a la velocidad de rotación del sistema (a bajas velocidades angulares la cabina estaba en posición horizontal). Los rotonautas podían entrar y salir por el eje central incluso cuando el sistema estaba en movimiento, como si se tratase de una estación espacial sacada de una novela pulp de los años 50. En el otro extremo contrario se situaba un contrapeso y un sillón colgante para experimentos complementarios. Órbita fue finalizada en 1965 y hasta 1974 un total de 72 candidatos pasaron por su interior. La mayoría experimentaban los mismos síntomas: euforia y alegría durante la primera hora de giro y apatía, debilidad y dolores de cabeza durante las siguientes horas. Posteriormente, la mayoría de candidatos lograba adaptarse, más o menos. Se realizaron numerosas experiencias con una duración de hasta 35 días (!). Como es de esperar, los rotonautas tardaban varios días en recuperarse por completo tras la experiencia, pero no se encontraron efectos adversos permanentes.

Elementos de Órbita. 1: cabina; 2: pasillo; 3: plataforma fija (no giratoria); 4: escotilla para el acceso a la centrífuga; 5: plataforma giratoria; 6: escaleras; 7: contrapeso; 8: habitación central en el eje; 9: balcón (Leonid Kitaev-Smik).

Lamentablemente, a día de hoy es difícil encontrar información detallada de las anécdotas y las experiencias que se realizaron a bordo de Órbita. La instalación sería desmantelada en la segunda mitad de los años 70 al comprobarse que, por un lado, un viaje a Marte no era precisamente una urgencia y, por otro, que los efectos de la microgravedad en el organismo humano no eran tan letales como se había pensado gracias a los vuelos de larga duración a bordo de las estaciones espaciales Salyut. La necesidad de construir estaciones espaciales rotatorias ya no era una prioridad. No obstante, se siguieron —y siguen— realizando experiencias parecidas, tanto en la Unión Soviética como en Estados Unidos. Eso sí, ninguna de ellas contó con un espacio útil tan grande como el Órbita.

Detalle de la cabina en posición inclinada (Leonid Kitaev-Smik).

Referencias:

  • http://thelib.ru/books/l_a_kitaev_smyk/organizm_i_stress_stress_zhizni_i_stress_smerti-read-7.html


58 Comentarios

  1. Órbita tenía 20 m de longitud y .. ¿los rotonautas no tenían nauseas fuertes?. Qué raro. Cuando yo estudié física (hace muchos, muchos años) mi profesor me decía que 3 revoluciones por minuto era lo máximo que fisiológicamente se podía aguantar.
    A ver si me acuerdo de la fórmula a esas horas … a=w^2*R, si a=g = 9.8m/s^2, y si R=10m, entonces w=1 rad/s, es decir, casi 10 revoluciones por minuto. No creo que los de Órbita llegasen a experimentar 1g; pero como poco irían a 6 rpm y eso sí creo que es fisiológicamente peligroso (según los criterios de mi profesor). Ahora bien, como los rusos son una raza acostumbrada a todo exceso etílico, supongo que 6 rpm no les afectaría tanto.
    Por otro lado, las naves tipo toroidal giratorias (como las de la película de Kubrick “2001”), debían estar optimizadas a rotar a una revolución por minuto, para simular la gravedad terrestre y con radios interno y externo entre 765 y 895 m no se sufre ninguna molestia.

    1. La inclinación era variable. Claramente se inclina para que la centrífuga más gravedad hagan aceleración normal al suelo inclinado. A lo mejor las pruebas largas fueron con pequeñas inclinaciones como 10 o 15 grados y por tanto puede que 6 veces menos rpm.

      1. amago, creo que te equivocas en el cálculo, pero no me apetece escribirlo para que salga dentro de cuando le de la gana a alguien tocar un botoncito: a mamarla.

        1. Anda, que estaba yo pensando en la aceleración, no las rpm. Me he liado. Si la plataforma está a 10 grados. 1/✓tan(10)=2.4 veces menos rpm.

    2. Las “desincronizadades” se producen por la fuerza de coriolis al tener una gravedad a la altura de los pies y otra en la de la cabeza al tener. En este experimento había un fragmento en un documental, creo que era dentro del documental “Cosmonautas. Cómo ganó Rusia la carrera espacial” pero no encuentro el fragmento o si era ahí… Se veía este experimento. Como alguien lanzaba dardos y giraban en el aire hacia la diana (Lo que indicaba un grandiente alto de “gravedad” al menos en alguno de los experimentos. Y otra imagen donde una persona lleva un conjunto de platos y le tiemblan las piernas…

      En un documental sobre un posible viaje tripulado a Marte presentado por Neil DeGrasse Tyson este entra en una centrifugadora tamaño habitación que gira sobre su eje y le cogen náuseas a causa del gradiente de la corioris por el gradiente de “gravedad”.

      Se había propuesto una centrifugadora para el modelo de nave espacial adaptable nautilus-X, girar la nave espacial… y otra es un módulo giratorio como del que querían instalar en la ISS

      El hecho que hayan hecho pruebas de gente tumbada en una cama en la Tierra tiempo me hace pensar que se plantee un módulo giratorio pero para dormir y/o estar tendido con gravedad artificial a ratos. No se

  2. Impresionante reportaje Daniel, y el verdadero futuro, si queremos naves.cruceros de largas distancias, es investigar más sobre la gravedad artificial…y ya no digo nada si queremos colonias en el espacio…

    OT: El “Cesar” ha hablado, y ha dicho que volveremos a la Luna “In a BIG WAY”…

    https://spacenews.com/nasa-seeks-additional-1-6-billion-for-2024-moon-plan/

    “Ave Cesar, los que van a alunizar te saludan…”

    “If we’re going to be there in 2024, we’ve got to spend roughly about a billion dollars in 2020 to get that activity moving forward,” he said of lunar lander development. “There’s long-lead items, there’s hardware, there’s pieces we need to move in place, and now’s the time to go move.”

    Exacto todas las piezas están ya dispuestas para ser encajadas, la era Lunar ha de empezar YAA…

    Bridenstine:

    “We told the White House, and we told OMB, how much money it would take in the year 2020 to get us out of the gate for a landing on the moon in 2024,” he said. “They responded with what we requested, and we’re very proud of that.”

    Primero metemos la puntita…del pie 😉 y ya luego de cabeza al chapuzon…

    “We expect in future years that it will be more than the current $1.6 billion for 2020. We all know that,” he said. “We are working day in and day out to come up with what those numbers are for the future years.”

    Por supuesto que será más, pero lo irán subiendo sin que se note mucho, y de forma por contratos por objetivos, como el COTS, con versión mínima de la Gateway…y después del primer alunizaje…manteniendo la mejor operativa (eliminación a medio plazo del SLS…sustitución por mejores versiones futuras privadas, mientras el EUS casi seguro será la segunda etapa del NG de BLUE, que les saldrá “casi gratis”…)para sustentar y avanzar la colonia “Artemis” así se llamará la primera misión, pero queda perfecta para una base selenita…

    Si Bridenstine nos logra llevar a la NASA en 2024 y comenzar una base Lunar, habrá que nombrarlo maestro Jedi espacial, y encantador de serpientes (cough, couf, congresous…) nivel Indiana Jones…

    //youtu.be/vdnA-ESWcPs

    1. Pues el mérito, más que en Bridenstine, lo veo en la base lunar china proyectada para dentro de 10 años. Aunque tendremos ocasión de comprobarlo. 🙂

  3. PD;

    https://twitter.com/JimBridenstine/status/1128060585113980928

    “✅ Exploration technologies”

    Tecnología ISRU, rovers, etc…ummm se viene lo bueno por fin…

    “✅ Robotic exploration of the Moon’s polar regions”

    ¿Será esto la versión de la NASA al programa Chino Chang’e?

    Que yo sepa no tienen hasta la fecha ninguna misión robotica aprobada por la NASA hasta ahora…solo dos propuestas, la “NASA Lunar rover” (2023) y la “MoonRise” (¿2025?)…veremos, pero esto las pone como favoritas para ser seleccionadas…

    Ojalá envíen una misión de estas, también a una de las cuevas Lunares…y me imagino que esto revivirá el proyecto “International Lunar Network”

    https://en.wikipedia.org/wiki/International_Lunar_Network

    Artemis is coming…por cierto en la mitología Artemis mata a Orion…será otro guiño al final del programa SLS-Orion 😉 hecho por nuestro “killer silencioso”, Jim…pronto lo sabremos…

    //youtu.be/JV1436VsnZY

  4. PD:

    https://twitter.com/JimBridenstine/status/1128060585113980928

    “✅ Exploration technologies”

    Tecnología ISRU, rovers, etc…ummm se viene lo bueno por fin…

    “✅ Robotic exploration of the Moon’s polar regions”

    ¿Será esto la versión de la NASA al programa Chino Chang’e?

    Que yo sepa no tienen hasta la fecha ninguna misión robotica aprobada por la NASA hasta ahora…solo dos propuestas, la “NASA Lunar rover” (2023) y la “MoonRise” (¿2025?)…veremos, pero esto las pone como favoritas para ser seleccionadas…

    Ojalá envíen una misión de estas, también a una de las cuevas Lunares…y me imagino que esto revivirá el proyecto “International Lunar Network”

    //en.wikipedia.org/wiki/International_Lunar_Network

    Artemis is coming…por cierto en la mitología Artemis mata a Orion…será otro guiño al final del programa SLS-Orion 😉 hecho por nuestro “killer silencioso”, Jim…pronto lo sabremos…

    //youtu.be/JV1436VsnZY

    1. Tantas décadas de promesas después, esto sólo tendría un mínimo de credibilidad si fuera volver a la Luna con un programa masivo de sondas no tripuladas.

      1. De hecho apenas harán falta misiones robóticas es decir la luna sabemos bastante bien como es lo único sería asegurarse de dónde alunizar pero no es que haga falta ninguna locura de misiones ya que por cartografiar uno de los mayores problemas del Apolo ya está hecho las muestras del Apolo nos dan la información necesaria para alunizar con seguridad.

        Un saludo

        1. Me refiero a los años que llevamos oyendo “vamos a volver a la Luna pronto”, “En 20** llegaremos a Marte”. Incluso con iniciativas privadas de ese tipo dispuestas a dar los pasos que la NASA por ejemplo no puede dar (prefiero pensar eso a “no quiere”) soy muy esceptico.

          Me conformaria conque la exploracion espacial tripulada solamente fuera la decima parte de bien que como ha ido la no asi.

  5. Este blog es único informando de ciencia y tecnología espacial, sobre todo por entradas como esta.

    Si se retomaran las ideas como esta quizá se podrían domar los asteroides peligrosos más cercanos, usando su material para construir grandes hábitats giratorios en el espacio. Pero no espero que los poderosos actuales nos lleven por ese camino, porque son mercaderes y especuladores, y en el espacio profundo no encontrarían clientes ni trabajadores que explotar. Prefieren seguir dedicándose a rodearnos de satélites de comunicaciones con los que vendernos humo (películas, series, espectáculos, cotilleo,…)

  6. En este tipo de ingenios, siempre me pregunto como mantienes las conexiones de agua/electricidad/comunicaciones en un sistema que esta rotando. En el caso de la electricidad, si es con escobillas, me imagino un desgaste brutal. La otra opcion, puestos a simular las condiciones en el espacio, es con depositos de agua baterias y conexiones inhalambricas.

    1. Indudablemente la nave debería girar integramente , porque si queremos que el núcleo no gire , se presentan múltiples problemas. El que acabas de mencionar, pues no conocemos ningún material con rozamiento nulo, y acabaría girando todo. Si gira todo ,sería otro problema el mantenimiento de la dirección de la parabólica de comunicación.

      1. En el espacio un sistema de cojinetes magnéticos con bobinas superconductoras sería viable como sistema sin rozamiento, y un par de motor/generador “brushless DC” es viable para transferir la energía eléctrica. Dependiendo de la potencia eléctrica y del tamaño de la estación será mejor que Ford el conjunto completo o solo el habitáculo.

          1. Ambos sistemas, cojinetes magnéticos y motores BLDC son tecnologías “sin contacto” y no son por tanto problema de cara a la hermeticidad.

      2. Para empezar por algo pequeño, se podrían unir dos naves gemelas mediante un cable, girando en torno a un centro común. La comunicación con Tierra se podría hacer mediante un tercer módulo independiente, cuya parabólica apunte contínuamente a Tierra.

    2. Sí, de hecho, si la carga no está absolutamente bien balanceada, comenzará a tener movimiento de precesión.
      Si se toma un trompo o giroscopio de juguete y se le agrega un poco de peso en algún borde, el comportamiento 
      Se verá bastante afectado.

    3. Sistemas rotatorios para la transmisión de electricidad, datos, agua e hidraulica se llevan años utilizando en la industria.
      Para electricidad pueden ser por anillos de cobre con escobillas o mejores aún anillos con mercurio.
      Para datos lo mismo y actualmente con acoplamientos ópticos.
      Y para hidráulicos, cualquier excavadora de las que giran los utiliza.

  7. Yo me pregunto por qué nunca se puso en órbita un laboratorio orbital centrífugo no digo una estación espacial como la de 2001 Odisea pero un pequeño módulo para ensallar la vida en gravedad artificial o probar su efecto a largo plazo.

    1. Lo que se quería era un laboratorio sin gravedad . Múltiples experimentos se han diseñado para llevarlos a la ISS , único sitio para poder realizarlos.
      Y con los humanos , ahora sabemos que bastan seis meses sin gravedad para que la musculatura quede como una piltrafa, y los huesos descacificados.

  8. Muy interesante esta centrifugadora, Daniel siempre nos sorprende.
    La pena es que cuando se dieron cuenta de que se podían pasar largas temporadas en gravedad cero, perdieron totalmente el interés y nadie ha querido montar una en el espacio. (En la ISS por ejemplo).

    FDT: SpaceX está construyendo otro Starship en Florida (Cocoa), y para el 28 de Mayo ya hay previstas pruebas del Starhopper en Boca Chica.

  9. O sea que una estacion orbital debe cumplir algunas condiciones para centrifugar sin descentrarse:

    1)cada cosa en un lugar fijo.

    2)las cosas no fijas deben ser de masa poco aprecible respecto del resto fijo

    3)debera poseer un sistema de auto centrado.

    3a)usando rieles circulares rodeando la estacion, con “robots pesas” corretrando de aqui para alla para restaurar el equilibrio por las cosas que se deplacen?

    3 b)usando medios hidraulicos, como en los submarinos (mas precision y rapidez) ?

    1. Si, eso parece.
      En órbita los efectos sobre la trayectoria puede se mas evidente y ajutable.
      Pero en un viaje interplanetario, a esas distancias y velocidades, dos se juntan a tomar un cafe 45 minutos y el mínimo desvío no detectado y corregido rápidamente puede ser catastrófico en cuanto al consumo de combustible para volver a la ruta correcta.

      1. Entiendo que los movimientos en el interior de la nave afecten a su giro, pero si no hay interación con agentes externos, ni se emiten propelentes, no sé porqué iba a modificarse la ruta.

        1. Es así Fisivi, si los volantes están equilibrados pueden cambiar la actitud, pero no desplazarlo en el espacio. (un poco de info en la que profundicé.: https://en.m.wikipedia.org/wiki/Reaction_wheel)

          Si estuvieran bajo una propulsión constante, tipo iónica cuando se produce cambios de actitud originados en desbalances del hábitat giratorio, entonces creo que estarían en problema.
          Pero un volante desbalanceado creo que ya es otra cosa, y creo que sí además puede generar desplazamientos laterales. No sé si el ejemplo del video del lavarropas cargado a ladrillo es la mejor prueba porque está sujeto a vibraciones y salta sobre la cama elástica, etc., etc.
          Tengo un pequeño giróscopo de juguete. Mas tarde le voy a fijar una tachuela en un borde del disco y veo que pasa luego de varias lanzadas con y sin la tachuela.

          1. No. Ningún desplazamiento. También probé de dejarlo colgado con un péndulo y no se bamboleó. Solo vibración. Y esta es la razón:
            Debí volver a repasar las leyes de la física antes de ponerme a hacer truquitos.
            La primera ley de Newton, establece que ‘un objeto permanecerá en reposo o con movimiento uniforme rectilíneo al menos que sobre él actúe una fuerza “EXTERNA” ‘.
            Me quedo en el rincón media hora contra la pared diciéndome ¡#%&*#$!!!… |externa pedazo de soquete!! ¡#%&*#….

    2. Para nada. Las catástrofes cuando hay un desequilibrio suceden solo si el sistema se apoya en cojinetes rígidos. En el espacio no habría soportes y el conjunto rota sobre su eje de inercia sin reacciones. El sistema solo deberá ser capaz de soportar las cargas centrifugas, del orden de 1g o menos.

  10. FDT: Como han comentado por aquí SpaceX está fabricando dos cohetes Starhooper al mismo tiempo. Uno en las instalaciones de Florida y otro en Bocachica (Texas).

    ¿Por qué construir un solo prototipo con un equipo de ingenieros, cuando puedes construir dos por el doble de precio? Parece que los dos proyectos se retroalimentarán mutuamente acortando los plazos del proyecto.

    Elon ha comentado que el 4º motor Raptor ya está finalizado (SN4) y están trabajando ya en el 5º. Pero que todos los esfuerzos entán enfocados en la fabricación del siguiente lote (del SN6 al SN10).

    Para el año que viene pretende tener fabricados al menos 100 Raptors (hasta el SN100). La combinación SuperHeavy+Starship (31+7) son 38 motores Raptor. Así que para 2020 Elon pretende tener dos sistemas SuperHeavy+Starship completos para realizar los primeros vuelos reales.

      1. Llevamos muchas décadas de aburrimiento, esperando a que la NASA reactive de verdad su programa tripulado. Sin resultados hasta el momento.

        SpaceX tiene el objetivo de llevar el hombre a Marte y en vez de inundarnos de powerpoints como otras agencias se ha puesto manos a la obra. Los objetivos son dificilísimos, tan difíciles que muchos piensan que es solo humo. Pero la realidad es tozuda y ha demostrado que lo que dice que va ha hacer, lo hace.

        El desarrollo del SuperHeavy+Starship es muy interesante y sorprendente. Van tan rápido que es difícil seguirles. Por eso es bienvenida cualquier información al respecto, a mucha gente le gusta esta informada… de ahí todos los FDT

        Han llegado a tal punto las novedades que ya existen varias webs que solo hablan de SpaceX. Afortunadamente aquí tenemos a Daniel que nos informa de SpaceX y cualquier novedad interesante para los espaciotrastornados.

        Has de comprender que SpaceX por si sola genera un volumen de noticias bastante alto. Es simplemente interés, no “fanboyismo”.

        A quien le interese… un esquema de como podría ser la Starship por dentro:
        https://i.redd.it/s9p3bky5xk111.jpg

        FDT: Esta noche SpaceX intentará poner en órbita los primeros 60 satélites de Starlink.

      2. Tienes razón, pero…

        Es que la industria espacial se ha dividido en dos grupos:

        SpaceX y los demás.

        “Hay dos clases de personas:
        los que dividen a los demás en dos grupos, y los que no lo hacen”

        de “La Ley de Murphy”.

  11. Daniel, gracias una vez más por un interesante artículo.
    Aquí hay una calculadora de gravedad online:
    http://www.artificial-gravity.com/sw/SpinCalc/SpinCalc.htm
    A pesar de los años de la ISS no hemos visto un experimento de gravedad artificial, y tampoco una lavadora espacial. Perdón mi obsesión con las lavadoras, pero es que en la tierra se emplean mucho. Parece que seguimos en la edad de piedra, o así deben quedar los calzoncillos cuando terminan con su uso. Da una impresión pobre de ejemplo de reciclaje.

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